摘要(yào):針對城鎮燃氣常用(yòng)的3種規格(gé)(公稱通徑分别(bié)爲50、80、100mm)渦(wō)輪流量計 壓損變(biàn)化(huà)情況(kuàng)開展實驗(yàn)研究(jiū),獲得渦輪(lún)流量(liàng)計壓(yā)損(sǔn)與标況(kuàng)流量(liàng)關(guān)系式,測試(shì)分析渦(wō)輪流(liú)量計異常(葉片缺失、軸卡頓)狀(zhuàng)态的壓損變化(huà)趨勢。渦輪流量(liàng)計的(de)壓損、标況(kuàng)流量成(chéng)二次(cì)函(hán)數關系。對每種(zhǒng)規格的渦輪流(liú)量計,在(zài)相同流量情況下,葉片(piàn)缺失狀(zhuàng)态的(de)壓(yā)損比(bǐ)正(zhèng)常(cháng)狀态(tài)小，葉片(piàn)缺(quē)失越(yuè)多,壓(yā)損越小;壓(yā)損減小值(zhí)随着(zhe)流量(liàng)增大(dà)而增(zēng)大。葉片缺(quē)失造(zào)成的(de)壓損減小(xiǎo)值較小，需結合(hé)流(liú)量(liàng)計的高低(dī)頻脈沖數進一(yī)步判(pàn)定。對每種(zhǒng)規格的渦輪流量計(jì),軸卡(kǎ)頓狀(zhuàng)态的壓損(sǔn)比正(zhèng)常狀态大,卡(kǎ)頓(dùn)程度越大(dà),壓損(sǔn)越大(dà);壓損增大值随着(zhe)流(liú)量增(zēng)大而(ér)增大,小流(liú)量(流量小于(yú)0.4倍最大流量)下的(de)壓損增大(dà)值不明顯(xiǎn),大流量(流量大于等于0.4倍(bèi)最大(dà)流量)”下的壓損(sǔn)增大值較(jiào)爲顯著(zhe)。提出建(jiàn)立流量計在線(xiàn)監測(cè)系統,通過(guò)實測壓損(sǔn)與正(zhèng)常壓損對比，判(pàn)斷流量計(jì)是否存在異常,通過(guò)實測壓損比正(zhèng)常壓損增大或減小的趨(qū)勢判斷流量計存在(zài)的問題(tí)種類。
1概(gài)述
　　渦輪流(liú)量計(jì)具備結構緊湊(còu)輕巧、安(ān)裝(zhuāng)維護(hù)方便、流(liú)通(tōng)能力強、适用壓力範(fàn)圍廣等(děng)優點,被廣泛使用。但(dàn)是(shì),使用中(zhōng)發(fā)現渦輪流(liú)量(liàng)計也面(miàn)臨突出問題,渦輪(lún)流量(liàng)計(jì)屬于(yú)速度(dù)式計量儀(yí)表，運行過(guò)程中(zhōng),燃氣(qì)中異(yì)物容(róng)易造成軸卡頓(dùn)或葉片破(pò)壞，對(duì)渦輪流量計(jì)性(xìng)能産(chǎn)生(shēng)影(yǐng)響。這類磨(mó)損(sǔn)比(bǐ)較隐(yǐn)蔽,常規(guī)的(de)儀表(biǎo)巡視檢查難以(yǐ)察覺，往往在周(zhōu)檢拆表時才能發現,即(jí)使發現(xiàn)問題(tí)也無法追(zhuī)溯問題發生的(de)時間,難以(yǐ)給購銷争議提供有(yǒu)效依(yī)據(jù)。因此,如(rú)何掌握渦(wō)輪流(liú)量計的運行工(gōng)況信(xìn)息,及(jí)時發(fā)現其(qí)關鍵(jiàn)部件(jiàn)故障以(yǐ)避(bì)免購(gòu)銷争(zhēng)議,是當前(qián)城鎮(zhèn)燃氣(qì)企業(yè)急需(xū)解決的問(wèn)題。
　　氣體壓力損失(簡(jiǎn)稱(chēng)壓損)與(yǔ)流量(liàng)計(jì)性(xìng)能有(yǒu)一定相(xiàng)關(guān)性，因(yīn)此,可以(yǐ)将壓(yā)損作爲重要(yào)參數(shù)實時監(jiān)測,以了解流(liú)量(liàng)計(jì)運行(háng)中的異常狀态(tài)。本文針對城(chéng)鎮(zhèn)燃氣常用(yòng)的3種規格(gé)(公(gōng)稱(chēng)通徑(jìng)分别(bié)爲50.80、100mm)渦(wō)輪流量計(簡(jiǎn)稱流量(liàng)計)壓損變化情(qíng)況開展實驗研(yán)究,獲得流量計(jì)壓損與标況流(liú)量的(de)關系(xì)式，測(cè)試分(fèn)析流量計異常(葉片(piàn)缺失、軸卡頓)條件下(xià)的壓損(sǔn)變化趨勢(shì)，提出基于壓(yā)損變化的流量計在(zài)線監(jiān)測系(xì)統，爲渦輪(lún)流量(liàng)計實(shí)時監(jiān)測和(hé)管理提供輔助(zhù)手段(duàn)。
　　将公稱通(tōng)徑爲50、80、100mm的渦輪流量計分(fèn)别稱爲(wèi)dn50、dn80、dn100渦輪流量計。
2實(shí)驗平台(tái)與實驗(yàn)方案
2.1實驗(yàn)平(píng)台
　　本文(wén)實驗(yàn)平台(tái)是在流量計标準檢(jiǎn)定平台基(jī)礎(chǔ).上改進搭建(jiàn)的，增加壓差采(cǎi)集模塊,實現壓(yā)差與(yǔ)既有參數(shù)同步(bù)采集(jí)。實驗(yàn)平(píng)台(tái)見圖1。實驗(yàn)平台設置4台标準流(liú)量計,均爲(wèi)羅茨流量(liàng)計,4台(tái)标準(zhǔn)流量計的(de)流量範(fàn)圍不同(tóng)，通過不(bú)同(tóng)标(biāo)準(zhǔn)流量(liàng)計組合來(lái)提供測試所需的流量範圍。數據(jù)采(cǎi)集器是溫(wēn)度、壓力、流量、壓(yā)差傳感器的集(jí)合。選用數字壓(yā)差傳(chuán)感器，測量(liàng)範圍爲-6~6kpa,精度高(gāo)于0.3%。
 
2.2實驗方案
　　待(dài)測流量計(jì)選用(yòng)dn50、dn80、dn100渦輪(lún)流量(liàng)計,流(liú)量範圍分(fèn)别爲(wèi)0~100、0~250、0~600m3/h。實驗工況包括(kuò):正常(cháng)流量計運行、葉片(piàn)缺失流(liú)量計運行(háng)、軸卡(kǎ)頓流(liú)量計運行(háng)。其中葉片(piàn)缺失流量計運(yùn)行包(bāo)含葉片(piàn)缺(quē)失4片、缺失7片的(de)流量(liàng)計運(yùn)行(háng)，軸(zhóu)卡頓(dùn)流量(liàng)計運行包(bāo)含處于(yú)卡(kǎ)頓狀(zhuàng)态1、卡(kǎ)頓(dùn)狀态2、卡(kǎ)死狀态(tài)的流量(liàng)計運(yùn)行。
①葉片缺(quē)失(shī)處理
　　正常流(liú)量計(jì)的渦輪葉(yè)片有(yǒu)14片,制(zhì)作葉片缺(quē)失4片(piàn)和缺失7片的(de)異常渦(wō)輪，置(zhì)于流量計(jì)内,進行對比實驗。正(zhèng)常渦(wō)輪和(hé)異常(cháng)渦(wō)輪(lún)見圖(tú)2。實驗過程(chéng)中渦(wō)輪拆除更換均由專(zhuān)業技術人員操(cāo)作。
②軸卡頓狀态處理
　　将軸(zhóu)承端蓋處(chù)增加橡膠(jiāo)材料、端蓋(gài)緊固螺(luó)栓從初始位(wèi)置擰(nǐng)緊6圈(quān)的狀态(tài)稱爲卡頓狀(zhuàng)态(tài)1。将軸承(chéng)端蓋處(chù)增加橡(xiàng)膠材料、端(duān)蓋緊(jǐn)固螺栓從初始(shǐ)位置擰(nǐng)緊8圈的(de)狀态稱爲(wèi)卡頓(dùn)狀态2。将尖硬物(wù)插入軸間隙，使(shǐ)其轉動失效，模拟軸(zhóu)卡死(sǐ)狀态(tài)。
③實驗過(guò)程(chéng)
a.将檢(jiǎn)定合格的正常(cháng)流量(liàng)計安裝在(zài)實驗平台(tái)中作(zuò)爲待測流(liú)量計(jì)。
b.qmax、qmmin分别(bié)表示待測(cè)流量(liàng)計(jì)的(de)最大(dà)、最小流量。開(kāi)啓(qǐ)風機(jī)，數據(jù)控制(zhì)平台與标準流量計(jì)聯動(dòng),調節(jiē)标準流(liú)量計的(de)流量(liàng)至0.8qmax,穩(wěn)定10min,在(zài)待測流量計連(lián)接處塗(tú)抹發泡劑,檢查(chá)是(shì)否漏(lòu)氣,依次(cì)提高流(liú)量至0.9qmax、qmax,重複漏氣檢測。
c.氣密性檢(jiǎn)查無誤後(hòu)，開始(shǐ)測試(shì)流(liú)程。分别(bié)調節标準流量(liàng)計的流量至qmin、0.2qmax、0.4qmax、0.6qmax、0.8qmax、qmax>0,每(měi)個流量測試5min,讀取流(liú)量、溫度、壓(yā)力和壓差(chà),每個(gè)參(cān)數(shù)讀取至少(shǎo)3次後取平均(jun1)值(zhí)，記錄數據(jù)并保(bǎo)存。
d.将正常流量計拆下(xià)，依次更(gèng)換爲葉片缺失(shī)4片、葉片缺失7片(piàn)、卡頓狀态(tài)1、卡頓(dùn)狀态(tài)2、卡死狀态的渦(wō)輪流量計(jì),分别按照步驟(zhòu)a~c測試(shì)。
 
3實驗(yàn)數據(jù)分析
3.1流量、壓損關系分(fèn)析
　　實驗(yàn)讀取(qǔ)的流(liú)量爲(wèi)工作狀态(tài)下的(de)流量(簡稱工況(kuàng)流量),爲便(biàn)于一(yī)緻性分(fèn)析，将工(gōng)況流量轉換爲(wèi)标(biāo)準狀态下的(de)流量(簡稱标況(kuàng)流量)，标準(zhǔn)狀态爲溫度293.15k、壓(yā)力101.325kpa.
　　實(shí)驗獲(huò)得3種規格(gé)流量計正(zhèng)常狀(zhuàng)态下(xià)的6個數據(jù)點，拟合獲(huò)得壓(yā)損-标(biāo)況流量關(guān)系式，見下列公式。拟合(hé)曲(qǔ)線爲(wèi)壓損-标(biāo)況(kuàng)流量特性曲線(xiàn)，見圖3。
 
△p1=1.113x10-4q2n1+8.801x10-4qn1-0.00496(1)
△p2=1.096x10-4q2n2+1.891x10-5qn2-0.00424(2)
△p3=1.700x10-4q2n3+5.506x10-6qn3-8.894x10-4(3)
式中△p,、△p2、△p3----dn50、dn80、dn100渦(wō)輪流量計的(de)壓損，kpa
qn1、qn2、qn3---dn50、dn80、dn100渦輪流(liú)量(liàng)計(jì)的(de)标況(kuàng)流量,m³/h
　　通過(guò)上述(shù)分析可以(yǐ)看出，渦輪(lún)流量計的(de)壓損與标況流(liú)量成二次函數(shù)關系。當渦輪流量計異常時，壓(yā)損-标(biāo)況流(liú)量特(tè)性曲(qǔ)線将偏離(lí)正常曲線。
3.2異常(cháng)狀态(tài)數據對(duì)比(bǐ)分析
①葉片(piàn)缺失狀态下(xià)的壓損變化分析.
 
　　圖4爲(wèi)dn50、dn80、dn100渦輪流量(liàng)計葉(yè)片缺(quē)失4片狀(zhuàng)态(tài)、葉片缺失7片狀(zhuàng)态與正常(cháng)狀态的壓損(sǔn)-标況流(liú)量特性曲(qǔ)線對(duì)比。可以看出(chū)，對(duì)每種規(guī)格(gé)的渦輪流(liú)量(liàng)計,在相(xiàng)同流(liú)量情(qíng)況下(xià),葉片缺失狀态(tài)的壓(yā)損比正常狀态小，葉片缺(quē)失越(yuè)多，壓(yā)損越(yuè)小。壓(yā)損減小值(zhí)随着(zhe)流量(liàng)增大(dà)而增大，小(xiǎo)流(liú)量(liàng)下的(de)壓損(sǔn)減小(xiǎo)值難(nán)以識别,大(dà)流量(liàng)下的壓損(sǔn)減小值(zhí)也不顯(xiǎn)著,但.當流量足夠大時,采用工(gōng)業級别壓差傳(chuán)感器可以識别(bié)。在(zài)實際(jì)運行中，由于大流(liú)量下(xià)的壓損減(jiǎn)小值不顯著,可能導(dǎo)緻較(jiào)多(duō)誤判,因(yīn)此(cǐ)需(xū)要結(jié)合流(liú)量計的高(gāo)低頻脈沖數進(jìn)一步判定。
②軸(zhóu)卡頓狀(zhuàng)态下的壓損變化(huà)分析
 
　　圖5爲dn50、dn80、dn100渦(wō)輪流(liú)量(liàng)計(jì)卡頓(dùn)狀态(tài)、正常狀态(tài)的壓損-标況流(liú)量特(tè)性曲線對(duì)比。可(kě)以看出,對(duì)每種規格的渦(wō)輪流量計(jì),當軸(zhóu)處于卡(kǎ)頓(dùn)狀态時，相對于正常(cháng)狀态(tài)，相(xiàng)同流量(liàng)下的(de)壓損變大(dà)，卡頓程(chéng)度(dù)越大(dà)，壓損越大;壓損增大(dà)值随(suí)着流(liú)量增大(dà)而增大(dà)。卡死狀态與正(zhèng)常狀态相比，壓(yā)損顯著增大，最(zuì)大流量下dn50、dn80、dn100渦輪流(liú)量計的壓損(sǔn)分别(bié)爲正(zhèng)常(cháng)狀态下壓損的2.0、2.1、2.4倍。
　　在軸卡(kǎ)頓(dùn)狀态(tài)下，小流量(流量小于0.4qmax)下的(de)壓損(sǔn)增大值(zhí)不(bú)明(míng)顯(xiǎn)，大流(liú)量(liàng)(流量大于等于0.4qmax)下(xià)的壓損增(zēng)大值較爲(wèi)顯著。
4基于(yú)壓損的流(liú)量(liàng)計異常(cháng)辨識
　　通過(guò)，上述(shù)分析(xī)可知，可以(yǐ)根據流量(liàng)計的标況流量(liàng)和壓(yā)損一标(biāo)況流量關系式計算出(chū)正常壓損(sǔn)，壓損(sǔn)與标(biāo)況流量是(shì)一一對應關系(xì)，通過(guò)實測壓損(sǔn)與正常壓(yā)損對(duì)比，判斷流量計(jì)是否異(yì)常。基于該(gāi)思(sī)路.建立流(liú)量計在線監測(cè)系統(簡稱監測(cè)系統)，實施方案如下(xià)。
　　首先,在渦(wō)輪流(liú)量(liàng)計出廠檢定時，測試獲得其正常(cháng)狀态下的壓損-标況(kuàng)流量關(guān)系(xì)式和特性(xìng)曲線,輸入(rù)燃氣公司的數據處(chù)理(lǐ)平(píng)台，作(zuò)爲正常流量計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據。由于(yú)流量計(jì)結(jié)構不(bú)同，壓(yā)損(sǔn)也不同,因此(cǐ)，需要在數據處(chù)理平台輸(shū)入不(bú)同廠(chǎng)家、不(bú)同規格流量計(jì)的壓損-标(biāo)況(kuàng)流(liú)量關系式和特性曲線(xiàn)。形成基(jī)礎數(shù)據庫(kù)。
　　其次(cì),在表端控(kòng)制處(chù)理模塊輸入(rù)工(gōng)況流量與标況流量轉(zhuǎn)換算法(fǎ)、實測壓損(sǔn)與正(zhèng)常壓損(sǔn)對比算(suàn)法。在流量計(jì)使(shǐ)用過(guò)程中，實時(shí)采集(jí)流(liú)量、壓損(sǔn)、壓力、溫度數據(jù),根據工況流量(liàng)與标況流量轉換算法、實(shí)測壓(yā)損與正常壓損(sǔn)對比(bǐ)算(suàn)法，判斷(duàn)壓損是(shì)否(fǒu)異常(cháng)。實際運行中,監測系(xì)統需(xū)要同(tóng)時對多台流量(liàng)計實(shí)時監測，需(xū)要傳輸和處理(lǐ)的數據量比較(jiào)大。因此(cǐ)在(zài)表端設定(dìng)監測周期(qī)(7d或10d),如果在監測(cè)周期内壓損正(zhèng)常，則不(bú)上傳數(shù)據至數據處理(lǐ)平台(tái)，如果異常(cháng)，則.上(shàng)傳數據至(zhì)數據處(chù)理平台。數據處理平(píng)台根據連續若幹(gàn)個監測周(zhōu)期内異常壓損情況判斷流量計是(shì)否存(cún)在故(gù)障,通過分(fèn)析一(yī)定時(shí)期内實測(cè)壓損(sǔn)相比(bǐ)正常壓損(sǔn)增(zēng)大或減(jiǎn)小的(de)趨勢，判(pàn)斷流量(liàng)計可能(néng)存(cún)在的(de)問題種類，提示(shì)技術(shù)人員拆檢(jiǎn)維修。
5結論
①渦輪(lún)流量計的(de)壓(yā)損(sǔn)、标況流量成二(èr)次函數(shù)關系。
②對(duì)每種規格的渦(wō)輪流(liú)量計，在相(xiàng)同流(liú)量情況(kuàng)下，葉片缺失狀态(tài)的壓損(sǔn)比(bǐ)正常(cháng)狀态(tài)小,葉片缺失越多,壓損越(yuè)小;壓損減(jiǎn)小值随着流量增大(dà)而增大。葉(yè)片缺(quē)失造(zào)成的壓損(sǔn)減小值較(jiào)小，需(xū)結合流量計(jì)的(de)高低頻(pín)脈(mò)沖數(shù)進一步(bù)判定。
③對(duì)每種(zhǒng)規格(gé)的渦(wō)輪(lún)流量(liàng)計，軸卡(kǎ)頓狀态的(de)壓損(sǔn)比正常(cháng)狀态大(dà)，卡頓程度(dù)越大(dà)，壓損越大;壓損增大值随着流(liú)量增大而增大(dà),小流量(流(liú)量小(xiǎo)于0.4倍(bèi)最大流量(liàng))下的壓損增大值不明顯，大流(liú)量(流量大(dà)于等(děng)于0.4倍最大(dà)流量(liàng))下的壓損(sǔn)增大值較(jiào)爲顯著。
④提(tí)出(chū)建(jiàn)立流量計(jì)在線監測系統(tǒng)，通過實(shí)測壓損(sǔn)與正常(cháng)壓損對(duì)比，判斷(duàn)流(liú)量計(jì)是(shì)否(fǒu)存(cún)在(zài)異常(cháng)，通過實測壓損比正常壓損增(zēng)大或減小(xiǎo)的趨(qū)勢判(pàn)斷流量計存在的問(wèn)題種類。

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